JPH05209772A - 振動式堆砂検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 土砂等を含んだ流水中でも誤作動の恐れがな
く、排砂作業等をする度に電源を遮断する必要もなく、
常に堆砂検出を確実に行えるようにする。 【構成】 センサー本体２は検出パイプ４内に励振用と
受信用の圧電素子６，７付きの振動板５を固定し、絶縁
性合成樹脂で密閉すると共に、両圧電素子６，７に接続
した防水性のケーブル８を外部に延出して制御盤３に接
続する。制御盤３は振動板５及び検出パイプ４を土砂等
に非接触の状態で固有振動させる発振回路９を備える。
土砂等が堆積すると、検出パイプ４及び振動板５の振動
が抑制されて受信用圧電素子７からの受信信号が減衰す
るので、発振回路９に付設した比較回路１１により受信
信号の減衰を検出し、タイミングタイマー１３で設定し
た時間受信信号の減衰状態が継続した場合、堆砂表示灯
１２が点灯する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、土砂の流入による取水
設備機器及び発電機器の損傷を未然に防止するため、発
電用ダム、取水口、沈砂池、水槽などの取水設備に設置
して土砂堆積状況を常時監視する堆砂検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より発電用ダム、取水口、沈砂池、
水槽などの取水設備に堆砂検出装置を設置して土砂堆積
状況を常時監視し、所定量以上の土砂等が堆積したこと
を検出すると、適時に取水設備の水を抜いて排砂作業を
行い、流入する土砂等で取水設備機器や発電機器が損傷
するのを未然に防止している。

【０００３】従来の堆砂検出装置には主としてヒーター
式と超音波式のものがあり、ヒーター式の装置は水中に
設置する検出器とこの検出器にケーブルで接続され適宜
監視箇所に設置する制御箱とから構成され、検出器には
熱伝達用ヒーターとこのヒーターに近接する感熱用サー
ミスタ及びヒーターから少し離れた定温用サーミスタを
いずれも個々に水中に突出する耐水構造の保護管に内蔵
し、制御箱には判別回路、出力増幅回路、電源回路及び
保護回路を組込んだものである。

【０００４】上記のヒーター式堆砂検出装置では、土砂
のない平常時、二個のサーミスタがいずれも流水中にあ
って、ヒーターからの熱の影響を受けず、いずれも流水
の温度を感知している状態にあり、両者に温度差はない
が、感熱用サーミスタが土砂に埋没するとヒーターから
の熱伝導が容易（砂を媒体とする熱伝導と水を媒体とす
る対流）になり、感熱用サーミスタは温度上昇し、両サ
ーミスタに温度差が生じ、この温度差を制御箱側で判別
回路により電位差として検出し、土砂の堆積の有無を判
別し、一定量以上の土砂の堆積に対して堆砂信号を発す
るようになっている。

【０００５】また超音波式堆砂検出装置は、水中に設置
する発振器と適宜監視箇所に設置する変換器とからな
り、発振器より発射した超音波パルスが水中を伝達し、
水中に沈殿した土砂で反射され再び発振器まで戻ってく
る往復時間を、変換器で計測してレベルを所定範囲の電
気出力で表示し、一定量以上の土砂の堆積に対して堆砂
信号を発するようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ヒーター式堆砂検出装
置の場合、排砂作業中はヒーターが空気中に露出するた
め、流水で冷却されずに加熱して故障する恐れがあるの
で、その都度ヒーターの電源を遮断しなければならず、
操作性に難点があった。

【０００７】また超音波式堆砂検出装置の場合、感度が
高く、装置保護のため水中に配設する筒体内の上部に発
振器を装備してあるので、一旦筒体内に枯葉などが入る
となかなか出ていかず、さほど土砂が堆積していない場
合でも、実際以上に土砂が堆積しているように計測して
堆砂警告を発するなど、誤作動を引き起こす恐れがあっ
た。

【０００８】そこで本発明は、前記事情に基いて成され
たものであり、ヒーター式堆砂検出装置のように排砂作
業等をする都度ヒーター電源を遮断する必要がなく、ま
た超音波式堆砂検出装置のように土砂等を含んだ流水中
でも誤作動の恐れがなく、操作性が良く、信頼性の高い
振動式堆砂検出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明による振動式堆砂検出装置は、取水設備内に設
置する筒状のセンサー本体と適宜監視箇所に設置する制
御盤とからなり、センサー本体は先端の検出パイプ内に
振動板を固定し、振動板に励振用圧電素子と受信用圧電
素子を取付け、センサー本体内で両圧電素子を防水性の
ケーブルに接続し、センサー本体内に耐蝕性と耐水性に
優れた絶縁性合成樹脂を充填して密封するとともに、セ
ンサー本体内から延出したケーブルを制御盤に接続し、
制御盤は励振用圧電素子に印加する電圧と受信用圧電素
子で変換された電気信号とを入出力とする発振回路を備
え、発振回路に検出パイプが土砂等に非接触の状態で発
振回路を発振させる制御回路と、土砂等の堆積により検
出パイプの振動が抑制されて受信用圧電素子からの受信
信号が低減したことを検出する比較回路を付設し、比較
回路に連動して受信用圧電素子からの受信信号の低減状
態が適宜設定時間継続したことを検出して堆砂表示灯を
点灯させるタイミングタイマーを設けたものである。

【００１０】

【作用】本発明による振動式堆砂検出装置では、センサ
ー本体の検出パイプ内に固定した振動板に励振用圧電素
子と受信用圧電素子を取付け、制御盤内に設けた発信回
路から励振用圧電素子に適当な電圧を加えて振動板を振
動させ、振動板の振動を受信用圧電素子により電気信号
に変換して発振回路に入力し、検出パイプが土砂等に対
して非接触であるとき適宜固有振動数で安定して振動す
るように調整してある。

【００１１】そして、土砂等の堆積によりセンサー本体
の検出パイプが埋まった場合、検出パイプ及び内部の振
動板の振動が抑制され、振動板に付設した受信用圧電素
子の受信信号出力が減衰し、この受信用圧電素子の受信
信号出力の減衰を発振回路に付設した比較回路で検出
し、出力減衰状態が所定時間継続した場合にタイミング
タイマーで堆砂表示灯を点灯させる。

【００１２】センサー本体内で励振用と受信用の圧電素
子を防水性のケーブルに接続し、センサー本体内に絶縁
性合成樹脂を充填して密封し、センサー本体から延出し
たケーブルを制御盤に接続してあるので、センサー本体
ごと水中に直接設置しても漏電等の故障を生じる恐れが
ない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による振動式堆砂検出装置につ
いて図面を参照しつつ具体的に説明する。本発明装置は
取水設備１の水中の適所に設置する筒状のセンサー本体
２と取水設備近傍の適宜監視場所に設置する制御盤３と
からなり、両者２，３をケーブル（防水フレキシブルケ
ーブル）８で接続してある。

【００１４】センサー本体２は、検出パイプ４内の閉鎖
された先端側に振動板５の一端を片持ち状態で固定し、
振動板５に入力用（励振用）と出力用（受信用）の圧電
素子６，７を取付け、各圧電素子６，７にリード線１
４，１４を付設し、検出パイプ４の基端側に連結した一
回り大きな筒状のホルダー１５内で検出パイプ４の基端
側に延出する各リード線１４をケーブル８に接続し、ホ
ルダー１５内に耐水性と耐蝕性に優れた絶縁性合成樹脂
を充填して密閉するとともに、センサー本体２からケー
ブル８を延出して制御盤３に接続するものである。

【００１５】尚、この実施例においては、入出力用圧電
素子６，７としてジルコンチタン酸鉛系の圧電素子を使
用し、またセンサー本体２内に充填する耐水性や耐蝕性
に優れた絶縁性合成樹脂として住友スリーエム株式会社
より「ジェラレジン」の商品名で販売されている樹脂を
使用しているが、同等の機能を有するものであれば他の
材料を使用することも可能である。また、センサー本体
２を制御盤３に接続するケーブル８には、防水フレキシ
ブルケーブルを使用しているが、取付場所によっては、
流水とともに流動する石やいろいろな異物により、ケー
ブル８が摩耗あるいは損傷する恐れがあるので、水中部
に関してはガード１６を取付けることが望ましい。

【００１６】制御盤３は、箱体３２内にセンサー本体２
とケーブル８で直接接続される基板２０と、基板２０に
接続された電気回路、及び箱体３２内部を適度に加温乾
燥して機器の防錆等を図るスペースヒーター３１を配設
したものである。基板２０には励振用圧電素子６にリー
ド線１４及びケーブル８を介して接続する出力回路１８
と、受信用圧電素子７にリード線１４及びケーブル８を
介して接続する入力回路１７、入力回路１７の出力を増
幅して出力回路１８に入力する増幅回路１９及び主に入
力回路１７の増幅率を調整する制御回路１０により構成
した温度特性の良い自励発振回路９を組込み、この発振
回路９の電気信号の変動に対応して堆砂表示灯１２を点
灯させたりするための比較回路１１やリレー駆動回路２
１、リレー２２、動作表示灯２３等も付設してある。

【００１７】上記の発振回路９では出力回路１８から励
振用圧電素子６に電圧を印加し、振動板５とともに検出
パイプ４を所定の固有振動数（通常２００〜４００ヘル
ツ）で振動させ、その振動を受信用圧電素子７により受
信して電気信号に変換する。そして、その電気信号は入
力回路１７でノイズと分離され、増幅回路１９で増幅さ
れ、出力回路１８から励振用圧電素子６に再び加えられ
て振動を持続させるとともに、検波整流されて比較回路
１１を介してリレー駆動回路２１に伝えられ、外部出力
（ＯＵＴ ＰＵＴ）２４をＯＮ状態にするリレー２２を
動作させるようになっている。

【００１８】また、制御盤３には図３や図４に示すよう
にタイミングタイマー１３や表示パネル２５を備えてい
る。表示パネル２５は“受電（通電中）”を示す電源表
示灯２６と“計測中”を示す動作表示灯２７、“故障
中”を示す故障表示灯２８、及び“堆砂検出”を示す堆
砂表示灯１２を一カ所にまとめたものである。さらに、
制御盤３には装置の故障や堆砂検出を他の監視箇所でも
把握し得るよう、遠方出力接点も備えている。この実施
例のタイミングタイマー１３は０．１秒単位から１０時
間単位にまで切換可能な時間単位切換スイッチ２９と３
桁の時間セットスイッチ３０とからなり、センサー本体
２の設置場所に応じて最適の時間を設定するものである
が、通常３０分程度とする場合が多い。

【００１９】この実施例の振動式堆砂検出装置では、セ
ンサー本体２の検出パイプ４が土砂などの堆積物に埋没
あるいは接触したりして振動が抑制されると、振動板５
の振動も抑制されて受信用圧電素子７からの受信信号が
減少し、出力回路１８から励振用圧電素子６に印加され
る励振電圧（出力信号）も減少するので、発振回路９に
おいて受信信号及び出力信号の減少を繰り返し、ついに
は振動板５及び検出パイプ４の振動が停止する。

【００２０】このとき、増幅回路１９からの信号電圧が
基準電圧に比べて低減しているので比較回路１１を介し
てリレー駆動回路２１にも伝えられ、リレー２２が作動
して基板２０の外部出力端子２４がＯＮ状態となり、タ
イミングタイマー１３が起動し、増幅回路１９からの信
号電圧の低減状態がタイミングタイマー１３で予め設定
した時間（通常３０分）継続すると、タイミングタイマ
ー１３に連動して堆砂表示灯１２が点灯したりする。
尚、堆砂表示灯１２が点灯した場合には、従来と同様そ
の取水設備１の水を抜いて土砂等を排出するが、その
際、従来のヒーター式堆砂検出装置のようにその都度セ
ンサー本体２への通電を遮断する必要はない。

【００２１】尚、検出パイプ４の振動が一時的に抑制さ
れていた場合には、検出パイプ４の振動が元に戻ると増
幅回路１９からの信号電圧も元に戻り、リレー２２及び
タイミングタイマー１３もリセットされる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による振動式
堆砂検出装置は、土砂等の堆積を検出するセンサー本体
として振動板を内蔵した検出パイプを用い、振動板に励
振用と受信用の圧電素子を付設し、両圧電素子に接続す
る発振回路を備えて検出パイプを固有振動させ、土砂等
が堆積したことを、その際に検出パイプ及び振動板の振
動が抑制されて受信用圧電素子からの受信信号が設定し
た時間継続して低減することにより検出し、堆砂表示灯
を点灯させるものであるから、従来の超音波式堆砂検出
装置のように土砂等を含んだ流水中でも誤作動する恐れ
がなく、堆砂検出を高い信頼性で行うことができる。

【００２３】また本発明装置は、土砂等の堆積に伴う排
砂作業時、従来のヒーター式堆砂検出装置のようにその
都度堆砂検出用ヒーター電源を遮断する必要がなく、セ
ンサー本体の取付場所の水の有無に関係なく通電して運
転できるので、操作性に優れているとともに、土砂堆積
状況を常に且つ確実に監視し得る。

【００２４】さらに本発明装置は、土砂等との接触で故
障する恐れのある機械的可動部がなく、また水中に配設
するセンサー本体の電気的接続部分を耐水性及び耐蝕性
に優れた樹脂で密封してあるので、長期使用に際しても
高い信頼性がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動式堆砂検出装置の主要部の回
路ブロック図である。

【図２】本発明装置のセンサー本体の要部断面図であ
る。

【図３】（Ａ）はセンサー本体の正面図、（Ｂ）はその
使用状態図である。

【図４】（Ａ）は制御盤の正面図、（Ｂ）はその側面図
である。

【図５】（Ａ）は制御盤の表示パネルの拡大正面図、
（Ｂ）はタイミングタイマーの拡大正面図である。

【図６】本発明装置の電気回路図である。

【符号の説明】

１ 取水設備 ２ センサー本体 ３ 制御盤 ４ 検出パイプ ５ 振動板 ６ （励振用）圧電素子 ７ （受信用）圧電素子 ８ （防水フレキシブル）ケーブル ９ 発振回路 １０ 制御回路 １１ 比較回路 １２ 堆砂表示灯 １３ タイミングタイマー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】取水設備（１）内に設置する筒状のセンサ
   ー本体（２）と適宜監視箇所に設置する制御盤（３）と
   からなり、センサー本体（２）は先端の検出パイプ
   （４）内に振動板（５）を固定し、振動板（５）に励振
   用圧電素子（６）と受信用圧電素子（７）を取付け、セ
   ンサー本体（２）内で両圧電素子（６，７）を防水性の
   ケーブル（８）に接続し、センサー本体（２）内に耐蝕
   性と耐水性に優れた絶縁性合成樹脂を充填して密封する
   とともに、センサー本体（２）内から延出したケーブル
   （８）を制御盤（３）に接続し、制御盤（３）は励振用
   圧電素子（６）に印加する電圧と受信用圧電素子（７）
   で変換された電気信号とを入出力とする発振回路（９）
   を備え、発振回路（９）に検出パイプ（４）が土砂等に
   非接触の状態で発振回路（９）を発振させる制御回路
   （１０）と、土砂等の堆積により検出パイプ（４）の振
   動が抑制されて受信用圧電素子（７）からの受信信号が
   低減したことを検出する比較回路（１１）とを付設し、
   比較回路（１１）に連動して受信用圧電素子（６）から
   の受信信号の低減状態が適宜設定時間継続したことを検
   出して堆砂表示灯（１２）を点灯させるタイミングタイ
   マー（１３）を設けてあることを特徴とする振動式堆砂
   検出装置。